QuantumScape: Doszliśmy do ładowania 4 C (15 minut postoju), 400 pełnych cykli pracy

QuantumScape, startup rozwijający ogniwa ze stałym elektrolitem, pochwalił się, że przeprowadził testy ładowania z mocą 4 C (4 x pojemność baterii), które pozwalają na 15-minutowe postoje przy ładowarce. Ogniwa firmy po 400 cyklach takiego katowania utrzymały w najgorszym razie 91 procent pierwotnej pojemności.

Ogniwa Li-ion. Moc kontra wytrzymałość

Choć szybkie ładowania stanowią w elektrykach tylko niewielką część wszystkich procesów uzupełniania energii, na całym świecie trwa wyścig, żeby mogły one odbywać się z jak najwyższymi mocami, tj. żeby trwały jak najkrócej. Liderzy rynku osiągają dziś 3,4 C, czyli dochodzą do mocy stanowiących 3,4 pojemności baterii. Gdyby udawało się ją utrzymać podczas całego postoju przy ładowarce, uzupełnienie baterii do pełna trwałoby około 18 minut (= 60 / 3,4).

Niestety, ultrawysokie moce ładowania utrzymywane przez długi czas prowadzą do degradacji ogniwa. Gdy grafitowa anoda nie jest w stanie wystarczająco szybko przyjmować jonów litu, te odkładają się na jej powierzchni (proces platerowania litem, ang. lithium plating, źródło), część z nich tam zostaje, co zmniejsza pojemność ogniwa.

W ogniwach QuantumScape – i wielu innych Li-metal – anoda buduje się z litu, platerowanie jest zjawiskiem normalnym, pozytywnym, więc moc ładowania można skalować w górę. Startup pochwalił się, że doszedł do 4 C w przedziale 10->80 procent przy ładowaniu ogniw od zera do pełna, a więc w kompletnym cyklu pracy. Z wykresu wynika, że po 400 cyklach ogniwa zachowały w najgorszym razie 91 procent pierwotnej pojemności:

Obydwie wartości robią wrażenie. Deklarowana moc w tak szerokim przedziale to więcej niż dadzą nam nawet najnowocześniejsze baterie, deklarowana liczba cykli pracy przekracza kilkakrotnie możliwości jakichkolwiek dostępnych komercyjnie ogniw. QuantumScape to zresztą sprawdziło, porównało swoje ogniwa z ogniwami 2170 wyprodukowanymi przez firmę Panasonic (szare wykresy):

Testy przeprowadzono na jednowarstwowym prototypowym ogniwie o „komercyjnie istotnym rozmiarze” w temperaturach 25 i 45 stopni Celsjusza, przy ciśnieniu wynoszącym 3,4 atmosfery. I w tym tkwi cały problem: samochody elektryczne potrzebują ogniw wielowarstwowych, żeby zmieścić w podwoziu kilkadziesiąt kilowatogodzin energii. Dlatego nawet QuantumScape zastrzega, że ich produkt będzie dostępny komercyjnie najwcześniej za kilka lat, pierwsze produkcyjne serie ogniw mają się pojawić w 2024 roku.